یکی از مهم ترین عوامل که توان لازم برای عملیات ساخت در صنعت را فراهم می کند کمپرسور هوای فشرده است. این عامل بعد از الکتریسته، گاز طبیعی و آب به عنوان چهارمین حامل محسوب می شود. از هوای فشرده در ایستگاه های مونتاژ خودکار، ابزارهای پنوماتیک، گردگیرهای گازی، خطوط تولید، سیستم های استارت هوایی و در نهایت در سیستم های تبرید و گرمایشی و سرمایشی استفاده می شود.
کمپرسور قلب هر دستگاه و سیستم گرمایشی و سرمایشی است که می تواند از طریق فشرده سازی هوا با استفاده از مبدل حرارتی گاز را فشرده کرده و حجم آن را کاهش دهد و در نهایت توان را تبدیل به انرژی سینتیک کند. در این مقاله سعی شده در مورد نقش و کاربرد مبدل حرارتی کمپرسور توضیحات مفیدی ارائه شود.
کمپرسور در انواع مختلف ساخته می شوند مانند کمپرسور های هوای فشرده، کمپرسور اسکرو و… که در آن ها مبدل های حرارتی متفاوتی به کار رفته است. کاربردهای سرمایشی کمپرسورهایی که مبدل حرارتی دارند شامل سرمایش هوا، سرمایش روغن، سرمایش آب و بازیابی حرارت است.
مبدل حرارتی وظیفه تغییر انرژی داخلی سیستم و محیط را بر عهده دارد؛ این دستگاه که از تجهیزات ضروری کمپرسور به شمار می رود می تواند گرما را از قسمتی دارای درجه حرارت بالا به ناحیه ای دیگر با درجه حرارت پایین انتقال دهد.
گرما می تواند از سه طریق رسانايي (Conduction)، كنواكسيون (Convection) و تشعشع (radiation)انتقال پیدا نماید.در واقع هدف از طراحی مبدل حرارتی انتقال حرارت از سیالی به سیال دیگر روی سطحی جامد است که به صورت جذب یا اتلاف حرارت انجام می شود. به نسبت انتقال واقعی حرارت به انتقال حرارت قابل دستیابی در يك مبدل حرارتی طويل با جريان مخالف، کارایی مبدل حرارتی می گویند.
از نظر فشار کاری سیال مبدل های حرارتی به سه گروه فشار پایین، متوسط و فشار بالا دسته بندی می شوند؛ ولی به طور کلی انواع مبدل حرارتی کمپرسور بر اساس ساختمان آنها گروه بندی شده اند که به شرح زیر هستند:
مبدل های لوله ای ساده ترین مبدل حرارتی کمپرسور است که در صنعت استفاده می شود. ویژگی هایی از قبیل قیمت ارزان، طراحی مناسب، تعمیر و نگهداری راحت سبب شده استفاده از این نوع مبدل در صنایع کوچک بسیار کاربردی باشند. همچنین به دلیل راندمان پایین و فضای زیادی که اشغال می کنند برای کاربرد در صنایع مدرن امروز استفاده زیادی ندارند. در حال حاضر مبدل حرارتی پوسته و لوله و مبدل از نوع صفحه ای از دسته مبدل های با راندمان بالایی هستند که کاربرد بالایی دارند.
مبدل لوله ای ساختار ساده ای شامل دو لوله با قطر متفاوت است و لوله کوچکتر درون لوله دیگر به صورت هم مرکز قرار می گیرد. در این مبدل یکی از سیال ها درون لوله کوچکتر و سیال دیگر در فضای حلقوی بین دو لوله جریان پیدا می کند. سطح انتقال حرارت را دیواره لوله داخلی تشکیل داده و برای داشتن سطح بیشتر اغلب فین گذاری صورت می گیرد.
مبدل پوسته و لوله از رایج ترین مبدل ها در صنایع تهویه مطبوع و تبرید است. تعدادی لوله که درون پوسته ای استوانه ای قرار دارند ساختار این مبدل حرارتی را تشکیل می دهند. در این مبدل دو جریان سیال شامل یکی درون لوله ها و دیگری از درون پوسته با دماهای متفاوت جریان دارند. حرارت توسط دیواره لوله ها بین دو سیال گاهی از سیال داخل لوله به سیال جاری در پوسته و گاهی بالعکس منتقل می شود.
سیال ها می توانند مایع یا گاز باشند که درون لوله یا پوسته جریان می یابند. مبدل تک فازی مبدل حرارتی است که درون پوسته لوله فقط سیال مایع یا فقط سیال گاز جریان دارد. موارد کاربرد مبدل های دو فازی برای انتقال حرارت به مایع با هدف جوشاندن و تبخیر آن یا خنک کردن بخار جهت کندانسور و چگالش آن به کار می رود؛ در این مبدل تغییر فازی رخ می دهد.
این مبدل حرارتی کمپرسور برای انتقال حرارت بین دو سیال گرم و سرد از صفحات فلزی نازک ساخته شده که دارای سطوح صاف یا موج دار هستند. این صفحات هم کانال هایی را برای جریان های سیال ایجاد کرده و هم سیال ها را از هم جدا می کنند. مبدل حرارتی صفحه نسبت به سایر مبدل های حرارتی رایج می تواند سیال را در سطح بزرگتری برای تبادل گرما جریان دهد.
پخش کامل سیال سرد و گرم روی این صفحات سبب انتقال حرارت بهتر و افزایش سرعت در تغییر دما می شود. در یک مبدل حرارتی کمپرسور صفحه ای نزدیکی دما به اندازه یک درجه سانتی گراد است ولی این دما در مبدل پوسته و لوله 5 درجه می باشد. در این صورت ابعاد یک مبدل صفحه ای در نرخ یکسانی از انتقال حرارت از ابعاد یک مبدل پوسته و لوله کوچکتر خواهد بود؛ بنابراین صفحات مبدل به صورت فشرده سطوح انتقال حرارت بزرگی ایجاد می کنند.
مبدل های حرارتی هوا خنک یا فن دار یا کولر دار دارای ساختاری شامل یک یا تعدادی کویل یک یا تعدادی فن است. کویل ها، لوله های متعدد رفت و برگشتی با پره هایی در اطراف آن بوده و فن مثل رادیاتور اتومبیل است.
از داخل کویل سیال با درجه حرارت بالا عبور کرده و هوا از فن ها روی سطح بیرونی کویل می وزد که باعث می شود ذرات هوا با سطح داغ لوله ها و پره های کویل برخورد کنند؛ در نتیجه گرمای اضافی از سیالی که درجه حرارت بالایی دارد گرفته می شود. انواع مبدل هوا خنک شامل عمودی، افقی و V شکل است.
در انواع مبدل های حرارتی، افت فشار یک عامل مهم حرارتی است؛ زیرا زمانی که فشار افت می کند گرانروی و توانایی سیال جهت انتقال حرارت کاهش می یابد. در نتیجه سرعت با ضریب انتقال حرارت رابطه مستقیمی دارد.
انواع مبدل حرارتی کمپرسور در حال حاضر تولید می شود که در ساختار کمپرسور ها به کار می رود و می تواند کاربردهای بسیاری داشته باشد.
جمع بندی
همان طور که گفتیم مبدل حرارتی وظیفه دارد انتقال حرارت را از سیالی به سیال دیگر در کمپرسور بر عهده دارد. که این انتقال حرارتی می تواند بین دو مایع، دو گاز، مایع به گاز و یا گاز به مایع باشد که باعث متمایز شدن این روش انتقال حرارت از دیگر روش های انتقال می شود.
انواع مختلفی مبدل حرارتی با کارایی متفاوت وجود دارند که در کمپرسور ها به کار می روند و می توانند روی عملکرد یک سیستم گرمایشی یا سرمایشی بسیار اثرگذار باشند.
WhatsApp us